JP5362236B2 - 試料加工・観察装置及び断面加工・観察方法 - Google Patents

Description

本発明は、試料にイオンビームを照射して、試料の断面加工、観察を行う試料加工・観察装置及びその断面加工・観察方法に関するものである。

従来から試料にイオンビームを照射してエッチングすることで、試料に断面を形成して断面観察する方法が行われている。例えば、集束イオンビーム鏡筒を備え、所定の断面形成位置にマスクレスで集束イオンビームを照射させることで断面を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。そして、このような方法では、形成された断面に低加速電圧、小電流で集束イオンビームを照射し、あるいは、併設された若しくは別構成である走査型電子顕微鏡によって電子ビームを照射し、発生する二次電子を検出することで断面を観察することが可能である。また、集束イオンビームを照射して所定位置をエッチングした後に、マスクを使用した集束イオンビームの照射を行って再度仕上げ加工する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３１１７８３６号公報 特開平５−２８９５０号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２のような方法では、集束イオンビームよって加工するため、加工精度の向上を図ることができるものの、照射する電流量は限られていた。このため、例えば電子部品など一辺１００μｍ程度の大断面の断面加工を行うような場合には、加工時間が数十時間程度と非常にかかってしまう問題があった。このような場合には、機械的な方法で断面を加工する方法も考えられるが、断面位置精度を確保することができず、また、断面観察においては観察用の装置を別途用意する必要があった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、電子部品など大断面加工においても、断面位置精度を確保しつつ効率良く加工して観察することが可能な試料加工・観察装置及び断面加工・観察方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の試料加工・観察装置は、試料を載置する試料台と、該試料台に載置された前記試料に、所定の照射範囲全体に亘って同時に第一のイオンビームを前記照射可能な第一のイオンビーム鏡筒と、前記試料台と前記第一のイオンビーム鏡筒との間に配置可能であり、前記第一のイオンビームの一部を遮蔽するマスクと、前記第一のイオンビーム鏡筒の前記第一のイオンビームの照射方向と略直交するＸＹ平面で前記マスクを移動させることが可能なマスク移動手段と、前記第一のイオンビームの前記照射範囲内で、集束させた荷電粒子ビームを走査させることが可能な荷電粒子ビーム鏡筒と、該荷電粒子ビーム鏡筒から前記荷電粒子ビームを前記試料または前記マスクに照射することで発生する二次発生物を検出可能な検出手段と、を備え、前記第一のイオンビーム鏡筒は、前記マスクの外形よりも小さい照射範囲に前記第一のイオンビームを照射可能であり、前記マスクを前記試料加工・観察装置内に配置した前記マスクとは別のマスクと交換するマスク交換機構を備え、前記マスク交換機構は、交換用の前記マスクを載置可能なマスク台を備え前記マスク台は、前記荷電粒子ビームの照射範囲に移動可能であることを特徴としている。
また、前記第一のイオンビーム鏡筒は、前記マスクの内縁の縁端よりも大きい照射範囲に前記第一のイオンビームを照射可能であることがより好ましいとされている。

また、本発明の断面加工・観察装置は、試料上に、マスクを配置するとともに、集束させた荷電粒子ビームを走査させて発生する二次発生物を検出することで、前記マスクの縁端と前記試料の断面形成位置との位置調整を行うマスク位置調整工程と、前記試料上で位置調整された前記マスクに、所定の照射範囲全体に亘って同時に第一のイオンビームを照射して、前記マスクから露出した前記試料をエッチングすることで、前記マスクの前記縁端と対応する前記断面形成位置に試料断面を形成する第一の切削工程と、該試料断面で、集束させた荷電粒子ビームを走査させて発生する二次発生物を検出する断面観察工程と、を備え、前記第一の切削工程における前記第一のイオンビームの照射範囲は、前記マスクの外形よりも小さく、前記マスクを試料加工・観察装置内に配置した前記マスクとは別のマスクと交換するマスク交換工程を備え、前記マスク交換工程は、集束させた前記荷電粒子ビームを照射して前記マスクを観察しながら行うことを特徴としている。
また、前記第一の切削工程における前記第一のイオンビームの照射範囲は、前記マスクの内縁の縁端よりも大きいことがより好ましいとされている。

この発明に係る試料加工・観察装置及び断面加工・観察方法によれば、まず、位置調整工程として、マスク移動手段によってマスクの縁端と試料の断面形成位置との位置調整を行う。この際、荷電粒子ビーム鏡筒によって集束させた荷電粒子ビームをマスク及び試料上で走査させるとともに、マスク及び試料から発生する二次発生物を検出手段で検出することで、マスクの縁端の位置を正確に把握して、断面形成位置との位置調整を精度良く行うことができる。次に、第一の切削工程として、第一のイオンビーム鏡筒から第一のイオンビームを照射させて試料のエッチングを行い、マスクの縁端と対応する位置に試料断面を形成する。この際、第一のイオンビームは所定の照射範囲全体に亘って同時に照射可能であることで、効率良く試料をエッチングすることができる。一方、マスクの縁端の位置が位置調整工程で正確に位置調整されていることで、所定の断面形成位置に正確に試料断面を形成することができる。このため、断面観察工程において、荷電粒子ビーム鏡筒から試料断面に荷電粒子ビームを照射して、発生する二次発生物を検出手段によって検出することで、所望の試料断面を精度良く観察することができる。
また、この発明に係る試料加工・観察装置及び断面加工・観察方法によれば、マスクを試料加工・観察装置内に配置した別のマスクと交換することができる。それにより試料の切削工程においてリデポジション等で縁端の形状が変化したマスクを、装置内で交換することができる。装置を大気開放することなくマスクを交換することができるので効率がよく、また装置内の真空状態を維持することができる。

また、上記の試料加工・観察装置において、前記第一のイオンビーム鏡筒の前記第一のイオンビームは、不活性イオンビームであることがより好ましいとされている。
また、上記の断面加工・観察方法において、前記第一の切削工程は、前記第一のイオンビームとして不活性イオンビームを使用することがより好ましいとされている。

この発明に係る試料加工・観察装置及び断面加工・観察方法によれば、第一の切削工程として、第一のイオンビーム鏡筒によって照射される第一のイオンビームを不活性イオンビームとすることで、形成される試料断面の損傷を抑え、より良好な試料断面を形成することができる。

また、上記の試料加工・観察装置において、前記第一のイオンビームの前記照射範囲内で、該第一のイオンビームの前記第一のイオンビームより小電流で集束させた第二のイオンビームを走査させることが可能な第二のイオンビーム鏡筒を備えることがより好ましいとされている。

また、上記の試料加工・観察装置において、前記第一のイオンビームの前記照射範囲内で、集束させた電子ビームを走査させることが可能な電子ビーム鏡筒を備えることがより好ましいとされている。

また、上記の断面加工・観察方法において、前記第一の切削工程後に、前記試料断面で第一のイオンビームよりも小電流で集束させた第二のイオンビームを走査させて、前記試料断面の表面をエッチングする第二の切削工程を備え、前記断面観察工程は、該第二の切削工程後に行われることがより好ましいとされている。

また、上記の断面加工・観察方法において、前記断面観察工程は、前記試料断面で集束させた電子ビームを走査させて、前記試料断面を観察することがより好ましいとされている。

また、上記の断面加工・観察方法において、前記断面観察工程は、前記試料断面で第一のイオンビームよりも小電流で集束させた第二のイオンビームを前記荷電粒子ビームとして走査させて、前記試料断面を観察することがより好ましいとされている。

これらの発明に係る試料加工・観察装置及び断面加工・観察方法によれば、第一の切削工程後に、第二の切削工程として、第二のイオンビーム鏡筒によって小電流で集束させた第二のイオンビームを照射することで、より良好な試料断面を形成することができる。
また、前記断面観察工程において、第一のイオンビームよりも小電流で集束させた第二のイオンビームまたは電子ビームを用いることで、試料断面を良好に観察することができる。

本発明の試料加工・観察装置によれば、第一のイオンビーム鏡筒、マスクによって大断面を効率良く加工できるとともに、荷電粒子ビーム鏡筒及び検出手段によって断面位置精度を確保することができ、所望の試料断面を精度良く観察することができる。
本発明の断面加工・観察方法によれば、位置調整工程及び第一の切削工程よって、大断面を、断面位置精度を確保しつつ効率良く加工することができ、所望の試料断面を精度良く観察することができる。

（第１の実施形態）
図１は、この発明に係る第１の実施形態を示している。図１に示すように、試料加工・観察装置１は、試料Ｓを載置する試料台２と、第一のイオンビームＩ１を照射可能な第一のイオンビーム鏡筒３と、荷電粒子ビームとして集束させた電子ビームＥを照射可能な荷電粒子ビーム鏡筒である電子ビーム鏡筒４とを備える。試料台２の下部には、五軸ステージ５が設けられている。五軸ステージ５は、試料台２に載置された試料Ｓを、第一のイオンビームＩ１の照射方向であるＺ軸方向と、Ｚ軸と略直交するＸ軸方向及びＹ軸方向とにスライド可能であるとともに、Ｙ軸回り及びＺ軸回りに回転可能としている。

また、第一のイオンビーム鏡筒３は、より詳しくは、イオン源としてアルゴンイオン源やキセノンイオン源を有していて、第一のイオンビームＩ１として、不活性イオンビームを照射可能である。本実施形態においては、第一のイオンビームＩ１として、アルゴンイオンビームを照射可能である。また、第一のイオンビーム鏡筒３は、中心軸Ｌ３を中心として所定の照射範囲３ａ全体に亘って同時に第一のイオンビームＩ１を照射可能であり、その電流量としては、例えばマクロ・アンペア・オーダーの大電流とすることが可能である。また、電子ビーム鏡筒４の中心軸Ｌ４は、第一のイオンビーム鏡筒３の中心軸Ｌ３と交点Ｐで交差するように配置されていて、電子ビーム鏡筒４は、中心軸Ｌ４を中心として、第一のイオンビーム鏡筒３の照射範囲３ａ内で電子ビームＥを走査させることが可能である。

また、第一のイオンビーム鏡筒３と試料Ｓとの間には、マスク６が設けられている。ここで、図１ではマスク６と試料Ｓとは距離を離して記載している。実際はマスク６と試料Ｓ表面は接近しており、交点Ｐは試料Ｓ表面付近に位置している。マスク６は、略板状で、図２に示すように、第一のイオンビームＩ１を遮蔽可能に照射範囲３ａよりも大きく設定されている。また、マスク６には、加工目的に応じた形状の貫通孔６ａが形成されている。本実施形態においては、貫通孔６ａは、例えば矩形に形成されていて、その縁端６ｂは、後述する観察に必要な断面幅に対応した寸法に設定されている。なお、マスク６の貫通孔６ａの向きとしては、後述するように第一のイオンビームＩ１とマスク６とによって縁端６ｂと対応する位置に形成された試料断面Ｓ２に電子ビームＥを照射して観察することから、上方視して、縁端６ｂが電子ビームＥの照射方向と略直交する向きが望ましい。また、図１に示すように、マスク６には、マスク移動手段７が設けられていて、マスク６を試料Ｓ上から退避させることが可能である。マスク移動手段７は、略棒状で、先端部８ａでマスク６に固定されたマニュピレータ８と、マニュピレータ８を第一のイオンビーム鏡筒３の中心軸Ｌ３と略直交するＸＹ平面上で移動させることが可能な駆動部９とを備える。

また、上記の第一のイオンビーム鏡筒３、電子ビーム鏡筒４、五軸ステージ５、及び駆動部９は制御部１０と接続されている。そして、第一のイオンビーム鏡筒３及び電子ビーム鏡筒４は、制御部１０による制御の下、加速電圧、電流量を調整して、それぞれ第一のイオンビームＩ１、電子ビームＥを照射することが可能である。また、五軸ステージ５は、制御部１０による制御の下、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向に試料Ｓの位置調整行い、また、Ｙ軸回り及びＺ軸回りに試料Ｓの角度調整を行うことが可能である。さらに、駆動部９は、制御部１０による制御の下、マニュピレータ８を移動させることが可能であり、これによってマスク６の位置調整を行い、また、マスク６を試料Ｓ上から進退させることが可能である。また、制御部１０には、操作部１１が接続されていて、第一のイオンビーム鏡筒３、電子ビーム鏡筒４、五軸ステージ５、及び駆動部９の各種操作を操作者が行うことも可能である。

また、試料加工・観察装置１は、試料Ｓやマスク６に電子ビームＥを照射することで発生する二次発生物を検出可能な検出手段として、二次電子を検出可能な二次電子検出器１２を備えている。二次電子検出器１２は制御部１０と接続されていて、制御部１０は二次電子検出器１２の検出結果に基づいて試料Ｓやマスク６を画像化し、図示しないモニタに出力させることが可能であり、また、画像データから位置情報を取得することが可能である。

次に、試料加工・観察装置１を使用して、試料Ｓの所定の断面形成位置Ａに試料断面Ｓ２を形成して観察する断面加工・観察方法について説明する。まず、図１に示すように、試料Ｓを試料台２に載置し、制御部１０による制御の下、五軸ステージ５を駆動して試料Ｓの位置調整を行う。次に、マスク位置調整工程として、マスク６を試料Ｓ上に配置して、その位置調整を行う。すなわち、図３に示すように、制御部１０による制御の下、マスク移動手段７の駆動部９を駆動させて、マニュピレータ８の先端部８ａに固定されたマスク６を、貫通孔６ａの縁端６ｂが断面形成位置Ａと上方視して略一致するように位置調整を行う。この際、制御部１０は、電子ビーム鏡筒４を駆動させて貫通孔６ａの縁端６ｂ及び試料表面Ｓ１付近で電子ビームＥを走査させるとともに、対応してマスク６及び試料Ｓから発生する二次電子Ｆを二次電子検出器１２で検出して画像化する。そして、この画像をもとに断面形成位置Ａとマスク６の縁端６ｂが略一致するか確認を行いながら位置調整を行う。このため、貫通孔６ａの縁端６ｂの位置を正確に把握して、断面形成位置Ａに対する縁端６ｂの位置調整を精度良く行うことができる。なお、この位置調整については、操作者が画像を確認しながら操作部１１によって手動で位置調整を行っても良いし、画像データから得られる位置情報を下に制御部１０によって自動調整を行うものとしても良い。

次に、第一の切削工程として、試料Ｓの断面形成位置Ａと対応する位置に試料断面Ｓ２を形成するために、試料Ｓのエッチングを行う。すなわち、図４に示すように、制御部１０は、第一のイオンビーム鏡筒３を駆動させて、第一のイオンビームＩ１を照射させる。第一のイオンビームＩ１は、照射範囲３ａ全体に亘って同時に照射され、マスク６に遮蔽されるとともに、その一部は貫通孔６ａを通過して試料Ｓをエッチングしていく。このため、試料Ｓは、貫通孔６ａと対応する位置及び形状でエッチングされ、縁端６ｂと対応する位置に試料断面Ｓ２が形成されることとなる。

次に、断面観察工程として、形成された試料断面Ｓ２の観察を行う。まず、図５に示すように、制御部１０は、マスク移動手段７の駆動部９を駆動させて、マスク６を試料Ｓ上から退避させる。そして、制御部１０は、電子ビーム鏡筒４を駆動させて、電子ビームＥを試料断面Ｓ２の範囲で走査させる。そして、対応して試料断面Ｓ２から発生する二次電子Ｆを二次電子検出器１２によって検出し、制御部１０がその検出結果から試料断面Ｓ２を画像化することで、試料断面Ｓ２の観察を行うことができる。

以上によれば、第一の切削工程において、第一のイオンビーム鏡筒３によって第一のイオンビームＩ１を照射範囲３ａ全体に亘って同時に照射できることで、マスク６の貫通孔６ａと対応して効率良く試料Ｓをエッチングすることができる。一方、マスク６の縁端６ｂの位置は、マスク位置調整工程で電子ビーム鏡筒４及び二次電子検出器１２による位置確認のもとに位置調整されていることで、断面形成位置Ａで正確に試料断面Ｓ２を形成することができる。このため、半田ボールやプリント配線基板などの大きな試料において、一辺１００μｍ程度の大断面を作製するに際しても、所望の断面位置で精度良くかつ効率良く試料断面を形成することができる。また、電子ビーム鏡筒４及び二次電子検出器１２を備えることで、断面観察工程において所望の試料断面Ｓ２を精度良く観察することができるとともに、観察のために別装置に付け替える必要が無く加工から観察までのスループットの向上を図ることができる。また、本実施形態では、第一のイオンビーム鏡筒３から照射される第一のイオンビームＩ１を不活性ビームであるアルゴンイオンビームとしている。このため、イオンビーム照射に伴う試料断面Ｓ２の損傷を抑え、より良好な試料断面Ｓ２を形成することができるとともに、ガリウムイオンを用いないことで周辺環境を汚損してしまう恐れがないため、製造ライン上における半導体集積回路などの断面観察にも適用することができる。

ここまで、マニュピレータ８の先端部８ａに固定されたマスク６は、貫通孔６ａが形成されたものについて説明してきたが、第一のイオンビームＩ１の一部分を遮蔽することができるのであれば、他の形状でもよい。図６は、この実施形態の変形例を示していて、マニュピレータ８に固定されたマスク６Ａの上面図である。図６に示すように、この変形例のマスク６Ａは、略矩形板状に形成されている。そして、このようなマスク６Ａにおいて、全体を照射範囲３ａと対応させ、外側縁を縁端６ｂとして断面形成位置Ａに一致させるものとしても良い。

また、図７は、マスクの他の変形例を示している。図７に示すように、この変形例のマスク６Ｂは、コの字型の板状マスクである。そして、コの字の内縁を縁端６ｂとして断面形成位置Ａに一致させるものとしても良い。

ところで、試料Sの切削工程において、同じマスク６を使って何度も加工していると第一のイオンビームＩ１の照射でスパッタリングされた物質がマスク６に衝突してマスク６に堆積（リデポジション）したり、第一のイオンビームＩ１がマスク６に衝突した時に発生する二次電子によって周囲のガス分子が分解され、マスク６に分解された物質が堆積したりすることでマスク６の形状が変化することがある。また、第一のイオンビームＩ１によるエッチングでもマスク６の形状が変化することがある。特にマスク６の縁端６ｂの形状が変化してしまうと、形成される試料断面Ｓ２の形状に影響を与えてしまう。そこで、何度も加工に使用したマスク６は別のマスクに交換する必要がある。

図８は、この実施形態の試料加工・観察装置を示している。図８に示すように、この試料加工・観察装置１Ａは、試料台２が配置される試料室の内部に、マスク６を交換用のマスク６ｓに交換するマスク交換機構を備えている。交換用のマスク６ｓはマスク交換機構であるマスク台２ｍの上に載置されている。また、マスク台２ｍは試料台２上に載置されており、試料台２によって位置調整が可能である。そして、このマスク交換機構によって、マスク交換工程として、試料の加工及び観察の合間にマスクの交換を行うことが可能である。

マスク交換工程は、次の手順で行う。まずマスク台２ｍが電子ビームＥで観察できるようにマスク台２ｍ上の一点が交点Ｐの下方あたりに来るように五軸ステージ５を移動させる。次にマニピュレータ８を駆動してマスク台２ｍ上にマスク６を移動させる。電子ビームＥを照射してマスク６を観察しながらマスク６をマニピュレータ８から切り離し、マスク６をマスク台２ｍ上に置く。次に試料台２を移動させて交換用のマスク６ｓを交点Ｐに移動させる。マニピュレータ８の先端８ａと交換用のマスク６ｓを接続する。これによりマスク交換が実施できる。

マスク６とマニピュレータ８の切り離しは、第一のイオンビームＩ１でエッチング加工して切り離してもよい。接続は第２の実施形態で説明するデポジションを用いて接続しても良い。また別の方法として、マスク脱着用止め具２ｃを用いてマスク６をマスク台２ｍ上に固定したり、切り離したりしてもよい。またここでは、マスク台２ｍは試料台２上に載置されているが、試料台２とは独立に制御できるようにしてもよい。

図９に示す変形例の試料加工・観察装置１Ｂでは、マスク台２ｍと試料台２がそれぞれ独立に制御できるようになっている。図１０（ａ）は、試料台２上にマスク台２ｍを載置して制御する試料加工・観察装置の構成図で、試料台２を試料加工・観察装置１から出し入れするときにマスク台２ｍも一緒に出し入れができる。一方、図１０（ｂ）は、試料台２とマスク台２ｍを独立に制御する本変形例の試料加工・観察装置の構成図で、マスク台２ｍのみを試料加工・観察装置から出し入れすることができる。

以上、上記のマスク交換機構を用いることで、マスク６と交換用のマスク６ｓを試料加工・観察装置１Ａ、１Ｂの中で交換することができる。つまり、マスクを交換するために試料加工・観察装置１Ａ、１Ｂの外にマスクを出して交換しなくても済むため、効率よくマスク交換を実施することができる。

（第２の実施形態）
図１１は、この発明に係る第２の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１１に示すように、本実施形態の試料加工・観察装置２０は、さらに、第二のイオンビーム鏡筒２１と、ガス導入機構２２とを備えている。第二のイオンビーム鏡筒２１は、第一のイオンビームＩ１よりも小電流で集束させた第二のイオンビームＩ２を照射可能である。第二のイオンビームＩ２は、例えばガリウムイオンをイオン源とした集束イオンビームである。第二のイオンビーム鏡筒２１は、第二のイオンビームＩ２を、中心軸Ｌ２１を中心として第一のイオンビームＩ１の照射範囲３ａ内で走査可能であり、中心軸Ｌ２１は、第一のイオンビーム鏡筒３及び電子ビーム鏡筒４と交点Ｐで交差するように設定されている。さらに、第二のイオンビーム鏡筒２１は、後述するように電子ビーム鏡筒４によって観察する試料断面に仕上げ加工をするために用いられる。このため、第二のイオンビーム鏡筒２１は、その中心軸Ｌ２１が、上方視して電子ビーム鏡筒４の中心軸Ｌ４と略直交し、試料断面Ｓ２に沿って第二のイオンビームＩ２を照射するように配置されていることが望ましい。また、ガス導入機構２２は、第二のイオンビームＩ２の照射とともに反応性ガスを試料Ｓに噴出可能なものであり、その噴出させるガスの種類により、試料Ｓの一部を選択的にエッチングする選択性エッチングや、ガス成分を試料Ｓに成膜するデポジションを行うことが可能となる。これら、第二のイオンビーム鏡筒２１及びガス導入機構２２は、制御部１０と接続されていて、制御部１０の制御の下、駆動させることが可能である。

また、試料加工・観察装置２０は、電子ビーム鏡筒４による電子ビームＥの照射に伴って対象物から発生する二次発生物を検出可能な検出手段として、さらに、特性Ｘ線を検出可能なＸ線検出器２３を備えている。Ｘ線検出器２３は、発生する特性Ｘ線のエネルギーと強度を検出することができ、制御部１０は、検出された特性Ｘ線のスペクトルから試料の表面の組成分析を行うことが可能である。

このような試料加工・観察装置２０においては、第一の切削工程後に第二の切削工程として、第一の切削工程において形成された試料断面Ｓ２の仕上げ加工を行うことができる。すなわち、図１２に示すように、制御部１０は、第一の切削工程後にマスク移動手段７の駆動部９を駆動させて、試料Ｓ上からマスク６を退避させる。次に、制御部１０は、第二のイオンビーム鏡筒２１の第二のイオンビームＩ２の照射位置を試料断面Ｓ２と略一致するように設定して、第二のイオンビームＩ２を照射する。これにより、試料断面Ｓ２の表面をさらに微細にエッチングして、試料断面Ｓ２の位置精度をさらに向上させることができる。また、第二のイオンビームＩ２の照射とともに、ガス導入機構２２によって反応性ガスを導入して選択性エッチングを行えば、試料断面Ｓ２において観察対象となる材質の部分のみを露出させて、より好適に観察を行えるようにすることも可能である。また、断面観察工程においては、二次電子検出器１２によって二次電子Ｆを検出するとともに、Ｘ線検出器２３によって特性Ｘ線Ｇを検出することで、試料断面Ｓ２に露出する材質を特定することも可能となる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

なお、検出手段としては、二次電子を検出可能な二次電子検出器１２や特性Ｘ線を検出可能なＸ線検出器２３を挙げたがこれに限ることは無い。例えば、二次発生物として二次イオンを検出可能な二次イオン検出器などとしても良い。また、二次発生物を発生させる手段として、電子ビームＥを照射可能な電子ビーム鏡筒４を備えるものとしたが、これに限るものでは無い。少なくとも、荷電粒子ビームを集束させて対象物上で走査可能な構成であることで、荷電粒子ビームの照射によって試料から二次発生物を発生させることが可能であり、集束イオンビームを照射可能なイオンビーム鏡筒としても良い。また、このような場合、第二の実施形態の試料加工・観察装置２０の第二のイオンビーム鏡筒２１を、二次発生物を発生させるためのイオンビーム鏡筒として併用しても良い。また、第二のイオンビーム鏡筒から照射される第二のイオンビームＩ２は、ガリウムイオンで形成されたイオンビームとしたが、ヘリウムイオンビームなどの不活性イオンビームなどとしても良く、少なくとも第一のイオンビームよりも小電流として集束させることで、試料断面Ｓ２の仕上げ加工が可能となる。なお、第二のイオンビームＩ２を不活性イオンビームとする場合には、ガリウムイオンビームとした場合に比べて試料断面Ｓ２の損傷をより小さくすることができるという利点を有する。

この発明の第１の実施形態の試料加工・観察装置の構成図である。 この発明の第１の実施形態のマスクの詳細を示す上面図である。 この発明の第１の実施形態のマスク位置調整工程の説明図である。 この発明の第１の実施形態の第一の切削工程の説明図である。 この発明の第１の実施形態の断面観察工程の説明図である。 この発明の第１の実施形態の第１の変形例の試料加工・観察装置において、マスクの詳細を示す上面図である。 この発明の第１の実施形態の第２の変形例の試料加工・観察装置において、マスクの詳細を示す上面図である。 この発明の第１の実施形態の第３の変形例の試料加工・観察装置の構成図である。 この発明の第１の実施形態の第４の変形例の試料加工・観察装置の構成図である。 （ａ）図８に示す試料加工・観察装置におけるマスクを出し入れする説明図、（ｂ）図９に示す試料加工・観察装置におけるマスクを出し入れする説明図である。 この発明の第２の実施形態の試料加工・観察装置の構成図である。 この発明の第２の実施形態の第二の切削工程の説明図である。

符号の説明

１、１Ａ、１Ｂ、２０ 試料加工・観察装置
２ 試料台
２ｍ マスク台（マスク交換機構）
３ 第一のイオンビーム鏡筒
３ａ 照射範囲
４ 電子ビーム鏡筒（荷電粒子ビーム鏡筒）
６、６Ａ、６Ｂ、６ｓ マスク
７ マスク移動手段
１２ 二次電子検出器（検出手段）
２１ 第二のイオンビーム鏡筒
２３ Ｘ線検出器（検出手段）
Ｅ 電子ビーム（荷電粒子ビーム）
Ｉ１ 第一のイオンビーム
Ｉ２ 第二のイオンビーム
Ｆ 二次電子（二次発生物）
Ｇ 特性Ｘ線（二次発生物）

Claims (2)

1. 試料を載置する試料台と、
   該試料台に載置された前記試料に、所定の照射範囲全体に亘って同時に第一のイオンビームを前記照射可能な第一のイオンビーム鏡筒と、
   前記試料台と前記第一のイオンビーム鏡筒との間に配置可能であり、前記第一のイオンビームの一部を遮蔽するマスクと、
   前記第一のイオンビーム鏡筒の前記第一のイオンビームの照射方向と略直交するＸＹ平面で前記マスクを移動させることが可能なマスク移動手段と、
   前記第一のイオンビームの前記照射範囲内で、集束させた荷電粒子ビームを走査させることが可能な荷電粒子ビーム鏡筒と、
   該荷電粒子ビーム鏡筒から前記荷電粒子ビームを前記試料または前記マスクに照射することで発生する二次発生物を検出可能な検出手段と、を備え、
   前記第一のイオンビーム鏡筒は、前記マスクの外形よりも小さい照射範囲に前記第一のイオンビームを照射可能であり、
   前記マスクを前記試料加工・観察装置内に配置した前記マスクとは別のマスクと交換するマスク交換機構を備え、
   前記マスク交換機構は、交換用の前記マスクを載置可能なマスク台を備え、
   前記マスク台は、前記荷電粒子ビームの照射範囲に移動可能であることを特徴とする試料加工・観察装置。
2. 試料上に、マスクを配置するとともに、集束させた荷電粒子ビームを走査させて発生する二次発生物を検出することで、前記マスクの縁端と前記試料の断面形成位置との位置調整を行うマスク位置調整工程と、
   前記試料上で位置調整された前記マスクに、所定の照射範囲全体に亘って同時に第一のイオンビームを照射して、前記マスクから露出した前記試料をエッチングすることで、前記マスクの前記縁端と対応する前記断面形成位置に試料断面を形成する第一の切削工程と、
   該試料断面で、集束させた荷電粒子ビームを走査させて発生する二次発生物を検出する断面観察工程と、を備え、
   前記第一の切削工程における前記第一のイオンビームの照射範囲は、前記マスクの外形よりも小さく、
   前記マスクを試料加工・観察装置内に配置した前記マスクとは別のマスクと交換するマスク交換工程を備え、
   前記マスク交換工程は、集束させた前記荷電粒子ビームを照射して前記マスクを観察しながら行うことを特徴とする断面加工・観察方法。

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